弹性粘接技术的应用研究.doc

弹性粘接技术的应用研究本文对弹性粘接的定义、分类和固化机理做了简要阐述,通过对铆接、焊接、粘接三大连接技术进行了对比分析,总结出了粘接技术的优点和缺点，并举例通过一定的理论计算，验证了弹性粘接连接方式的可靠性，阐述了弹性粘接的施工工艺。标签：地铁 车辆 弹性粘接剂随着新材料、新技术的广泛应用和发展，目前，无论是普通客车制造业还是地铁车辆、航空制造领域，伴随着轻量化装配部件（玻璃钢材料、镁肽合金材料、铝蜂窝材料等）的大量应用，聚氨酯弹性体粘接剂材料也在制造工业这个大舞台上占据了重要的地位。1弹性粘接的定义、粘接剂的分类和固化机理a.弹性粘接的定义弹性粘接就是利用弹性粘接胶把基材粘在一起的连接方式。(粘接胶可以通过变形吸收应力，而且使应力在粘接面上均匀分配)b.弹性粘接剂的分类目前使用的弹性粘接剂主要分为两类：单组分聚氨酯弹性粘接剂和双组分聚氨酯弹性粘接剂.c.弹性粘接剂的固化机理单组分聚氨酯弹性粘接剂：单组分聚氨酯弹性粘接剂和空气中的水蒸气发生反应形成聚合物。其反应过程为多元醇类物质(HO-R1-OH)和异氰酸酯类物质(O=C=N-R3-N=C=O)反应，生成预聚体，该预聚体通过吸收空气内的水分进行固化反应。单组分聚氨酯弹性粘接剂在使用过程中可以使用与粘接剂配套的催化剂，其固化速度约为不使用催化剂的1.5倍左右。使用催化剂的固化方式为蜂窝式固化，而不使用催化剂时是由外向内层式固化，如果粘接剂的量使用不当的话，其芯部不能完全固化。双组分聚氨酯弹性粘接剂：双组分聚氨酯弹性粘接剂和按一定比例混合后，在一定的温度环境下发生反应形成聚合物。2聚氨酯弹性体粘接和传统的连接方式的优点和缺点2.1弹性粘接的优点a弹性粘接应力均匀。利用ANSYS分别对同一物理模型在焊接、铆接和弹性粘结三种连接方式下进行应力分析，相同载荷条件下三种连接方式应力分布图如下图所示。从图1、图2、图3中可以看出，焊接和铆接均存在应力集中现象,当该结构受到外力作用时, 就可能首先在该处破坏, 进而发展为整个结构的破坏。而粘接受力均匀成线性分布， 单点处的强度可能不如焊接、铆接, 但就整个结构的强度来讲, 并不弱于焊接、铆接。b可以把不同的材料结合在一起，使设计风格自由，而且连接过程中基材不会变形或受到伤害。通常由于不同材质的金属接触连接时，会发生电化学反应，对被连接工件造成电腐蚀，减少了工件的使用寿命。而弹性粘接就完全避免了对工件造成损伤，保证了工件的使用寿命。c有助于车辆的轻量化和隔音降噪。由于聚氨酯粘结剂具有柔性的分子链, 胶体固化后极具弹性和耐振动性,同时也具有优异的耐疲劳性和耐低温性能, 因而粘接结构对振动和噪声有明显的阻尼作用。如地铁车辆的侧窗玻璃粘接和部分罩板的粘接, 都有效地减少了车身的振动和噪声, 同时提高了车身的密封性能和舒适性。d降低了部分零部件精度要求，从而减少了生产成本。f具有很高的剥离强度。弹性粘接具有很高的抗拉强度和抗剪切强度,具有很高的安全系数, 以南京2号线前挡风玻璃为例，计算如下。使用某常见品牌的玻璃粘接剂, 其抗拉强度和抗剪切强度分别达到60kgf/cm2和45kgf/cm2。A: 风挡玻璃周长L=4440mm 涂胶宽度为18mmB: 风挡玻璃和车身粘接面积: 4440mm18mm =79920mm2C: 玻璃质量:M = 27kgD: 风挡玻璃静粘接力:F静= 60kgf/cm2799.2cm2= 47952kgfE: 紧急制动的响应时间t=1.3s所以，急刹车时玻璃的脱离力: F动= MV/t= 27kg22.22m/s /1.3s=461.49kgf; (假设车辆在80km/h（22.22 m/s）的速度在1.3秒内紧急制动) (4) 底涂。为了提高胶粘剂与材料之间的粘接力, 在应用弹性粘接技术的过程中往往使用底涂, 它主要是改善和加强胶粘剂(4) 底涂。为了提高胶粘剂与材料之间的粘接力, 在应用弹性粘接技术的过程中往往使用底涂, 它主要是改善和加强胶粘剂与铝金属、镀锌板材及一些合成材料之间的粘接力。被底涂表面必须清洁、干燥、无灰尘、无油脂。对一些特别光滑的表面可用1000# 以上的砂纸进行打磨处理后涂底涂。底涂类型的选择随被粘接的材料不同而不同, 在一般情况下, 底涂应和胶粘剂配套使用。另外, 底涂有一定的时效性, 底涂刷涂干燥后必须在24 小时内涂胶, 超过时间必须用相应的活化剂激活或者重新涂底涂（底涂的用量不宜过大，操作过程中做到少量，均匀）。( 5) 涂胶。在涂胶过程中, 要求涂胶速度适中,胶形均匀、连续。在胶的接头位置, 注意不要让胶之间有空隙存在, 以避免夹存空气。涂胶通过手动或气动注胶枪用柱塞泵手工注胶或机器手涂胶。特别要注意的是从枪嘴打出胶的胶形要符合要求, 胶形一定要为三角形。例如, 在对地铁车辆挡风玻璃和侧窗进行粘接时, 聚氨酯密封胶可涂在玻璃上,也可涂在车身窗框的凸缘上, 但胶形一定要为三角形, 这样在进行粘接玻璃时, 聚氨酯胶就可与车身和玻璃完全接触, 避免了涂圆柱形胶进行粘接时容易夹存空气的缺陷, 使聚氨酯密封胶发挥出最佳的粘接效果。(6) 粘接。在粘接过程中, 除了要在正确的位置上进行粘接外, 最重要的是粘接的厚度。从应力分布来看, 胶层越薄, 粘接面上应力分布的系数越大, 但是从实践中可以发现, 胶层越厚, 粘接面上的抗剪切强度越低, 因为随着厚度增加, 胶层中内部缺陷呈指数关系地迅速增加, 这将直接影响胶层的内聚强度,因而, 剪切强度也必然下降。所以, 对于不同的胶粘剂和不同的粘接对象, 应当选择不同的粘接厚度。(7) 固定。粘接剂完全固化或达到一定强度需要一个时间过程。参考固化时间为每24小时固化3mm。在这个过程中, 为了确保粘接成功,防止外力破坏, 一般在粘接完成后, 用具有一定强度的拉紧带或其它装置进行固定, 到粘接具有一定强度时, 方可去除拉紧带或其它固定装置。4结束语弹性粘接技术对于实现轻量化、增强扭转强度、降低噪声、弥补工件行为误差等方面有着明显的效果。随着我国地铁、高铁、航空工业的大发展, 弹性粘接技术必将受到越来越高的重视。（文/薛海峰 敖 平 李树栋 胡团结）参考资料1王孝忠浇注型聚氨酯橡胶与金属粘合用底胶的研究及应用J粘接，1992，13(3)：24262 北京粘接学会编译. 胶粘剂技术与应用手册. 宇航出版社, 1991 年(第一版)3张开主编. 粘合与密封材料. 化学工业出版社, 1996. 6(第一版)4山西省化工研究所，聚氨酯弹性体手册M北京：化学工业出版社，2001397340，5许文红张宝锋.徐世海 弹性粘接技术在客车上的应用J客车技术与研究,2001,23(2):26-27与铝金属、镀锌板材及一些合成材料之间的粘接力。被底涂表面必须清洁、干燥、无灰尘、无油脂。对一些特别光滑的表面可用1000# 以上的砂纸进行打磨处理后涂底涂。底涂类型的选择随被粘接的材料不同而不同, 在一般情况下, 底涂应和胶粘剂配套使用。另外, 底涂有一定的时效性, 底涂刷涂干燥后必须在24 小时内涂胶, 超过时间必须用相应的活化剂激活或者重新涂底涂（底涂的用量不宜过大，操作过程中做到少量，均匀）。( 5) 涂胶。在涂胶过程中, 要求涂胶速度适中,胶形均匀、连续。在胶的接头位置, 注意不要让胶之间有空隙存在, 以避免夹存空气。涂胶通过手动或气动注胶枪用柱塞泵手工注胶或机器手涂胶。特别要注意的是从枪嘴打出胶的胶形要符合要求, 胶形一定要为三角形。例如, 在对地铁车辆挡风玻璃和侧窗进行粘接时, 聚氨酯密封胶可涂在玻璃上,也可涂在车身窗框的凸缘上, 但胶形一定要为三角形, 这样在进行粘接玻璃时, 聚氨酯胶就可与车身和玻璃完全接触, 避免了涂圆柱形胶进行粘接时容易夹存空气的缺陷, 使聚氨酯密封胶发挥出最佳的粘接效果。(6) 粘接。在粘接过程中, 除了要在正确的位置上进行粘接外, 最重要的是粘接的厚度。从应力分布来看, 胶层越薄, 粘接面上应力分布的系数越大, 但是从实践中可以发现, 胶层越厚, 粘接面上的抗剪切强度越低, 因为随着厚度增加, 胶层中内部缺陷呈指数关系地迅速增加, 这将直接影响胶层的内聚强度,因而, 剪切强度也必然下降。所以, 对于不同的胶粘剂和不同的粘接对象, 应当选择不同的粘接厚度。(7) 固定。粘接剂完全固化或达到一定强度需要一个时间过程。参考固化时间为每24小时固化3mm。在这个过程中, 为了确保粘接成功,防止外力破坏, 一般在粘接完成后, 用具有一定强度的拉紧带或其它装置进行固定, 到粘接具有一定强度时, 方可去除拉紧带或其它固定装置。4结束语弹性粘接技术对于实现轻量化、增强扭转强度、降低噪声、弥补工件行为误差等方面有着明显的效果。随着我国地铁、高铁、航空工业的大发展, 弹性粘接技术必将受到越来越高的重视。（文/薛海峰 敖 平 李树栋 胡团结）参考资料1王孝忠浇注型聚氨酯橡胶与金属粘合用底胶的研究及应用J粘接，1992，13(3)：24262 北京粘接学会编译. 胶粘剂技术与应用手册. 宇航出版社, 1991 年(第一版)3张开主编. 粘合与密封材料. 化学工业出版社, 1996. 6(第一版)4山西省化工研究所，聚氨酯弹性体手册M北京：化学工业出版社，2001397340，5许文红张宝锋.徐世海 弹性粘接技术在客车上的应用J客车技术与研究,2001,23(2):26-27F:安全系数:A = F静/F动= 47952kgf/461.49kgf = 103.9G:抗剪切力F剪=45kgf/cm2799.20cm2=35964 kgfH:耐振动系数：B=F剪/玻璃自重=435964 kgf/27kg=13322.2弹性粘接的缺点a.粘接胶一般是有机材料，高温会分解或者可能燃烧。（但是，独特的配方可以阻止火焰的蔓延）b不能较快的实现部件的连接，需要一个固化周期。（可以通过催化剂加速固化，缩短固化时间）3弹性粘接的实施过程(1) 准备和计划。在粘接前, 确保工件在粘接前在室温下放置8小时以上；应充分掌握需要粘接材料的属性和材料的表面结构(如是涂漆钢板还是裸露钢板等) , 然后, 选择合适的粘接剂, 进行必要的表面处理。材料表面的油脂对粘接效果起很大的负面影响, 在粘接前一定要去除干净。(2) 工作场所。粘接的工作场所要求清洁、通风、明亮。粘接过程要求在室温下(不低于10) , 相对湿度不小于30% 的条件下进行。需要特别注意的是: 清洁工序和打磨工序应当与涂底涂和粘接工序在不同的工位进行, 以避免二次污染, 从而给粘接提供一个清洁、活性的表面, 确保粘接效果和粘接过程顺利进行。(3) 清洁。清洁工序在粘接过程中是最重要的一道工序。粘接表面必须干燥、无油脂、无灰尘、无疏松颗粒层(如有油漆的剥落层、锈皮等, 则必须清除干净)。用白布擦拭材料表面时, 要顺时针或逆时针进行（单方向进行）, 并且在擦拭过程中要不断更新和翻折白布, 直到白布上看不到一点污渍为止。清洁剂必须是易完全挥发的纯溶剂(如丙酮、丁酮等)。(4) 底涂。为了提高胶粘剂与材料之间的粘接力, 在应用弹性粘接技术的过程中往往使用底涂, 它主要是改善和加强胶粘剂与铝金属、镀锌板材及一些合成材料之间的粘接力。被底涂表面必须清洁、干燥、无灰尘、无油脂。对一些特别光滑的表面可用1000# 以上的砂纸进行打磨处理后涂底涂。底涂类型的选择随被粘接的材料不同而不同, 在一般情况下, 底涂应和胶粘剂配套使用。另外, 底涂有一定的时效性, 底涂刷涂干燥后必须在24 小时内涂胶, 超过时间必须用相应的活化剂激活或者重新涂底涂（底涂的用量不宜过大，操作过程中做到少量，均匀）。( 5) 涂胶。在涂胶过程中, 要求涂胶速度适中,胶形均匀、连续。在胶的接头位置, 注意不要让胶之间有空隙存在, 以避免夹存空气。涂胶通过手动或气动注胶枪用柱塞泵手工注胶或机器手涂胶。特别要注意的是从枪嘴打出胶的胶形要符合要求, 胶形一定要为三角形。例如, 在对地铁车辆挡风玻璃和侧窗进行粘接时, 聚氨酯密封胶可涂在玻璃上,也可涂在车身窗框的凸缘上, 但胶形一定要为三角形, 这样在进行粘接玻璃时, 聚氨酯胶就可与车身和玻璃完全接触, 避免了涂圆柱形胶进行粘接时容易夹存空气的缺陷, 使聚氨酯密封胶发挥出最佳的粘接效果。(6) 粘接。在粘接过程中, 除了要在正确的位置上进行粘接外, 最重要的是粘接的厚度。从应力分布来看, 胶层越薄, 粘接面上应力分布的系数越大, 但是从实践中可以发现, 胶层越厚, 粘接面上的抗剪切强度越低, 因为随着厚度增加, 胶层中内部缺陷呈指数关系地迅速增加, 这将直接影响胶层的内聚强度,因而, 剪切强度也必然下降。所以, 对于不同的胶粘剂和不同的粘接对象, 应当选择不同的粘接厚度。(7) 固定。粘接剂完全固化或达到一定强度需要一个时间过程。参考固化时间为每24小时固化3mm。在这个过程中, 为了确保粘接成功,防止外力破坏, 一般在粘接完成后, 用具有一定强度的拉紧带或其它装置进行固定, 到粘接具有一定强度时, 方可去除拉紧带或其它固定装置。4结束语弹性粘接技术对于实现轻量化、增强扭转强度、降低噪声、弥补工件行为误差等